JPH06257970A - ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長尺のヒートパイプの温度勾配を小さくす
る。 【構成】 作動流体１０が封入されたヒートパイプ本体
１１の内部の全長にわたって、前記作動流体１０を加熱
するための加熱管１２を配する。 【効果】 加熱管１２に加熱流体を流入すると、作動流
体１０は、加熱管１２からの熱伝導および熱輻射によ
り、蒸気となつてヒートパイプ本体１１内を速やかに流
れる。ヒートパイプ本体１１の表面が均一な温度に加熱
されて発熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒートパイプに関し、
特にパイプ全体が略均一な温度で発熱可能なものに係
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ヒートパイプは、金属管中に
水やフロン等の作動流体を封入して構成され、前記金属
管の一端側で授受された熱を管の他端側へ輸送する機能
を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】低温で固化性あるいは
増粘性を有し、高温で熱分解などを起こす重油等の流体
をパイプ輸送するに際しては、その輸送管を加熱体によ
り適温加熱して、前記流体の流動の円滑化を図ることが
望ましい。

【０００４】このとき、上記輸送管を加熱する際に、加
熱体に温度勾配が生じると、加熱体と重油等の被加熱体
との熱対流により、被加熱体の温度予測がしずらく、輸
送に適した温度範囲に保持することが困難である。した
がって、輸送管の全長にわたつて温度勾配なしに均一な
温度で加熱する必要がある。

【０００５】従来のヒートパイプを用いて前記輸送管を
加熱するとき、比較的短尺体のヒートパイプでは、パイ
プの一端を加熱するだけでパイプ全体を略均一な温度で
発熱させることができるため、輸送管の部分加熱には使
用できる。しかし、数ｍ長を越えるような長尺体では、
熱抵抗の影響で他端側まで熱輸送が行えず、パイプ全体
を均一な温度で発熱させることは実質的に不可能である
ため、輸送管の全長にわたる加熱には使用できない。

【０００６】なお、この種の用途に、図８の如く、従来
公知のトラツプ１を使用したスチームトレース加熱を行
なう場合、該スチームトレース加熱には、加熱管２中を
蒸気層のみとしてその潜熱を利用する加熱方法と、加熱
管２中に復水層を滞留させ顕熱までをも有効利用する加
熱方法とがある。

【０００７】しかし、前者は加熱管２と輸送管３との接
触面において局所過熱が生じたり、熱量過多となり輸送
管３を適温範囲に維持することが困難である。また、後
者は下流側に滞留した復水層に温度勾配が生じ、被加熱
体に与える全熱量が決定しがたいため、該被加熱体の温
度予測がしずらい。

【０００８】その他、容易に均熱長尺体が実現し得る電
気ヒータ方式は、高温加熱する恐れがあり、重油輸送等
の防爆性の要求される場合には、使用できないという問
題がある。

【０００９】本発明は、上記に鑑み、数ｍ長を越えるよ
うな長尺のヒートパイプであつても、パイプ全体を均一
に発熱させ得るヒートパイプを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明請求項１による課
題解決手段は、図１の如く、作動流体１０が封入された
ヒートパイプ本体１１の内部に、前記作動流体１０を加
熱するための発熱体１２が設けられたものである。

【００１１】請求項２による課題解決手段は、発熱体１
２が、ヒートパイプ本体１１の全長にわたって配された
加熱管とするものである。

【００１２】

【作用】請求項１による課題解決手段において、発熱体
１２が、ヒートパイプ本体１１内で作動流体１０に熱供
給を行う。このとき、熱供給された作動流体１０は、蒸
気となつてヒートパイプ本体１１の内管表面と発熱体１
２との間を速やかに流れるとともに内管表面付近で凝縮
し、ヒートパイプ本体１１の外管表面が均一な温度に加
熱されて発熱する。

【００１３】このヒートパイプを使用して、重油等の輸
送管等を加熱する場合、ヒートパイプ本体１１と接触し
ている輸送管等をほぼ温度勾配なく加熱し、重油等の被
加熱流体が加熱される。

【００１４】請求項２によると、加熱管１２がヒートパ
イプ本体１１内の全長にわたって作動流体１０に熱供給
を行い、ヒートパイプ本体１１の表面がすばやく均一な
温度に加熱されて発熱する。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すヒートパイプ
の部分断面図、図２はヒートパイプを用いた輸送管加熱
の状態を示す正面図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４
は図１のＢ−Ｂ断面図、図５はヒートパイプ本体内に一
本の加熱管を挿通したときの部分断面図である。

【００１６】本実施例のヒートパイプは、重油等を輸送
する輸送管等を加熱するのに使用されるもので、作動流
体１０が封入されたヒートパイプ本体１１内部に、前記
作動流体１０を加熱するための発熱体１２が挿通された
ものである。

【００１７】ヒートパイプ本体１１は、中空薄肉円筒の
銅管やアルミ管等の金属管で、その両端にはヒートパイ
プ本体１１を密閉する密閉蓋１１ａ，１１ｂが嵌合され
ている。

【００１８】前記作動流体１０は、発熱体１２からの熱
伝導および熱輻射により蒸発し、ヒートパイプ本体１１
の内管表面で凝縮して、ヒートパイプ本体１１の外管表
面の温度を均一にする水やフロン等である。また、作動
流体１０は、ヒートパイプ本体１１内へ注入するに際し
て、脱気処理が施され、ヒートパイプ本体１１内を１０
^-2ｍｍＨｇ以上、好ましくは１０^-3ｍｍＨｇ以上に真空
引きした後に、密閉蓋１１ａに形成された注入孔１３か
ら注入される。

【００１９】前記発熱体（加熱管）１２は、銅管などの
金属管中に温水や蒸気を流通可能としたもので、図１の
如く、二本使用され、夫々がヒートパイプ本体１１の一
端から他端へ挿通されて前記密閉蓋１１ａ，１１ｂを貫
通することにより固定支持されている。さらに、二本の
加熱管１２は、Ｕ字形のＵベント１４により、夫々の片
側先端部が連結されている。なお、加熱管１２の挿通
は、ヒートパイプ造管時であつても造管後であつても良
く、被加熱体に防爆性が要求されない用途の場合は、電
気ヒータ等が使用できる。このヒータは、作動流体１０
と接触するため金属管で被覆されたシーズヒータ等を使
用することになり、加熱管１２の概念に入るものであ
る。

【００２０】また、ヒートパイプの好適な長さは、概ね
数ｍ〜数ｋｍの長尺タイプであり、特に数１０ｍ〜数百
ｍ程度の長さが好適である。なお、加熱管１２を内部に
備えているので通常のヒートパイプでは必要な作動流体
環流用のウイツクと称される管内壁の溝が不要となる。

【００２１】このヒートパイプを重油等の輸送管１５を
加熱する用途に使用する場合、ヒートパイプを輸送管１
５に接触させて、加熱管１２の下流側に加熱管１２内の
加熱流体の排出温度を制御する感熱弁１６を配する。該
感熱弁１６は輸送管１５の表面温度や外気温度など必要
に応じて、感知すべき対象を選択出来るのは言うまでも
ない。

【００２２】上記構成において、加熱管１２に加熱流体
を流入すると、この加熱流体は、ヒートパイプ本体１１
内で作動流体１０に熱供給しながら通過し、一度ヒート
パイプ本体１１外に運ばれてＵベント１４を介して再度
ヒートパイプ本体１１内に導かれ、再び作動流体１０に
熱供給を行う。

【００２３】このとき、熱供給された作動流体１０は、
加熱管１２からの熱伝導および熱輻射により、蒸気とな
つてヒートパイプ本体１１の内管表面と加熱管１２との
間を速やかに流れるとともに内管表面付近で凝縮する。
このため、ヒートパイプ本体１１の外管表面がすばやく
均一な温度に加熱されて発熱する。

【００２４】このヒートパイプを使用して、重油等の輸
送管１５を加熱する場合、ヒートパイプ本体１１と接触
している輸送管１５をほぼ温度勾配なく加熱し、重油等
が加熱される。また、感熱弁１６により、輸送管１５が
一定の温度に保たれる。

【００２５】ここで、ヒートパイプの温度勾配の状態を
しめす実験結果を以下説明する。

【００２６】（実験例１）直径が２７ｍｍ、長さが６０
ｍ、厚さが０.５ｍｍのヒートパイプ本体（銅製パイ
プ）１１中に、直径６ｍｍの銅製の加熱管（スチーム
管）１２を二本を挿入して、一端側において両加熱管１
２を連結し、前記ヒートパイプ本体１１の両端に加熱管
貫通孔を有する密閉蓋（キヤツプ）１１ａ，１１ｂをロ
ウ付にて被着した。そして、ヒートパイプ本体１１内を
前記密閉蓋１１ａ，１１ｂの吸気孔を介して１０^-3ｍｍ
Ｈｇに真空引きするとともに、脱気処理済の作動流体１
０としての純水をヒートパイプ１１内に注入し、しかる
後完全に封止して長尺ヒートパイプを製造した。なお、
作動流体１０としての純水のヒートパイプ本体１１の全
内容積に占める割合は３０％とした。

【００２７】上記で得たヒートパイプを水平状態にする
とともに、加熱管１２が作動流体１０中に完全に浸漬さ
れた図５に示す状態にして、加熱管１２に５５℃の温水
（注入口における温度）を循環させた時のヒートパイプ
の表面温度を１０ｍ毎に熱電対式温度計にて温度測定し
た。

【００２８】（実験例２）加熱管１２に循環させる温水
の温度を８０℃とし、それ以外は、実験例１と同様にし
てヒートパイプの表面温度を１０ｍ毎測定した。

【００２９】（実験例３）加熱管１２がヒートパイプ本
体１１の内部の作動流体１０と直接接触しないよう、加
熱管１２およびヒートパイプ本体１１を図６に示すよう
に配置した。それ以外は、実験例１と同様（温水温度５
５℃）にしてヒートパイプの表面温度を１０ｍ毎に測定
した。

【００３０】（実験例４）加熱管１２に循環させる温水
の温度を８０℃とし、それ以外は、実験例３と同様にし
てヒートパイプの表面温度を１０ｍ毎に測定した。

【００３１】（比較例１，２）上記実験例で使用したヒ
ートパイプ本体１１および作動流体１０を用いて、加熱
管１２を有さない通常構造の長尺ヒートパイプを製造し
た。このヒートパイプの一端側５０ｃｍの部分を５５
℃、８０℃の温水槽にそれぞれ浸漬し、その表面温度を
ほぼ１０ｍ毎に測定した。

【００３２】上記実験例１〜４、比較例１，２の温度測
定結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】実験結果から明らかなように、ヒートパイ
プ本体１１内部に加熱管１２を挿通し、ヒートパイプ本
体１１の全体が作動流体１０の蒸発および凝縮により均
一な温度に加熱されるため、数ｍを超えるような長尺の
ヒートパイプであつても、長手方向に温度勾配の少ない
発熱を行わせることができる。また、輸送管１５を加熱
する際、温度勾配の小さいほぼ均一温度で加熱でき、重
油等も同様に加熱することができる。

【００３５】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００３６】例えば、ヒートパイプ本体１１内に加熱管
１２を二本貫通させているが、図７の如く、一本、ある
いは複数本でもよい。また、発熱体１２は、管状の加熱
管を挿通して使用する場合のみならず、ヒートパイプ本
体１１の内部に内蔵したものや棒状のニクロムヒータを
使用しても良い。

【００３７】また、輸送管加熱以外に、長尺の均熱ヒー
トパイプが要求される各種用途、例えばヒートパイプ式
路面融雪や計装圧力導圧管の凍結防止の保温等にも勿論
適用し得る。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１によると、ヒートパイプ本体の内部に発熱体を設
けたため、数ｍを超えるような長尺のヒートパイプであ
つても、ヒートパイプ本体の内部から熱エネルギーを供
給するため、作動流体への熱供給がすばやく行えること
になり、長手方向に温度勾配の小さい発熱を行わせるこ
とができる。したがって、このヒートパイプを重油等の
輸送管加熱に均熱発熱長尺体として使用する場合、極め
て有用である。

【００３９】請求項２によると、加熱管をヒートパイプ
の全長に配したため、ヒートパイプ本体の内部から全長
にわたって熱エネルギーを供給し、作動流体への熱供給
がすばやく行なうことができるといった優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すヒートパイプの部分断
面図

【図２】ヒートパイプを用いた輸送管加熱の状態を示す
正面図

【図３】図１のＡ−Ａ断面図

【図４】図１のＢ−Ｂ断面図

【図５】実験例１，２におけるヒートパイプの断面図

【図６】実験例３，４におけるヒートパイプの断面図

【図７】ヒートパイプ本体内に一本の加熱管を挿通した
ときのヒートパイプの部分断面図

【図８】輸送管のスチームトレース加熱の状態を示す斜
視図

【符号の説明】

１０ 作動流体 １１ ヒートパイプ本体 １２ 発熱体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木田 雅博 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 大村 雅彦 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 中本 正博 大阪府大阪市淀川区田川北２丁目１番30号 株式会社ミヤワキ内 (72)発明者 丸岡 正和 大阪府大阪市淀川区田川北２丁目１番30号 株式会社ミヤワキ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動流体が封入されたヒートパイプ本体
   の内部に、前記作動流体を加熱するための発熱体が設け
   られたことを特徴とするヒートパイプ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の発熱体は、ヒートパイプ
   本体の全長にわたって配された加熱管とすることを特徴
   とするヒートパイプ。